CS255411B1

CS255411B1 - A method of brazing silver graphite contacts in an electric vacuum furnace

Info

Publication number: CS255411B1
Application number: CS855139A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Trnovsky; Jaroslav Falta; Ludek Hamacek
Original assignee: Zdenek Trnovsky; Jaroslav Falta; Ludek Hamacek
Priority date: 1985-07-10
Filing date: 1985-07-10
Publication date: 1988-03-15
Also published as: CS513985A1

Abstract

Účelem řešení je, nahradit dosud používané způsoby upevňování stříbrografitových kontaktů a odstranit jejich nedostatky. Způsob je vhodný hlavně pro hromadnou výrobu pro jednoduchost, spolehlivost, energetickou nenáročnost a úsporu drahých kovů. Technologie tvrdého pájení spočívá v tom, že do vícedílných grafitových forem se naloží jednotlivé díly souboru kontaktu v tomto pořadí: Stříbrografitový kontakt pájitelnou vrstvou nahoru, pájecí folie z tvrdé pájky vhodné pro vikuové pájení s taviči teplotou nižší n< 785 °Č, držák kontaktu obyčejně z di, galvanicky poniklovaný. Po vlož· ' vsázky a uzavření recipientu se snj ' tlak na 10 Pa a pec se vyhřeje na ··»(.. % taviči teploty pájky. S tolerancí + 0,5 % se tato teplota udržuje po dobu 45 až 60 minut. Po této prodlevě se teplota zvýší na 100 % taviči teploty pájky a udržuje se v toleranci +0,5 % po dobu deseti až patnácti minut. Během celého procesu pájení, až do vychladnutí vsázky na 150 °C, se tlak v recipientu udržuje v hodnotách 5 až 10 Pa.The purpose of the solution is to replace the previously used methods of fastening silver-graphite contacts and eliminate their shortcomings. The method is suitable mainly for mass production due to its simplicity, reliability, low energy consumption and saving of precious metals. The technology of hard soldering consists in loading individual parts of the contact set into multi-part graphite molds in the following order: Silver-graphite contact with the solderable layer up, soldering foil made of hard solder suitable for vacuum soldering with a melting temperature lower than n< 785 °C, contact holder usually made of di, galvanically nickel-plated. After loading the charge and closing the recipient, the pressure is reduced to 10 Pa and the furnace is heated to 100% of the solder melting temperature. This temperature is maintained for 45 to 60 minutes with a tolerance of + 0.5%. After this delay, the temperature is increased to 100% of the solder melting temperature and maintained within a tolerance of +0.5% for ten to fifteen minutes. During the entire soldering process, until the charge has cooled to 150 °C, the pressure in the recipient is maintained at 5 to 10 Pa.

Description

Vynález řeší způsob tvrdého pájení stříbrografitových kontaktů, které jsou vyrobeny práškovou metalurgií a opatřeny podvrstvou pájitelného kovu, v elektrické vakuové peci.The invention solves a method of brazing silver-graphite contacts which are made by powder metallurgy and provided with a solderable metal layer in an electric vacuum furnace.

Dosud známé způsoby připojování těchto kontaktů na držák jsou: Tvrdé pájení plamenem, odporovým plamenem, odporovým nebo indukčním ohřevem, odporové přivařování nebo mechanické uchycení zarolováním nebo zalisovártím do kovové misky. Volba způsobu připevňování je závislá na druhu a tvaru držáků a na možnosti jejich tepelného zatěžování v průběhu technologie připojování. Tvrdé pájení plamenem nebo indukčním ohřevem, je možno použít pro držáky poměrně masivní, které se můžou po delší dobu zahřát na teplotu tavení tvrdé pájky, což je téměř 800 °C. Odporové pájení a přivařování sice ohřívá nosníky kratší dobu, ale má řadu dalších nedostatků. Obtížná orientace kontaktu na nosníku, značné kolísání pracovní teploty vlivem změn vodivosti a tlaku elektrod, který je limitován pevností kontaktu v zahřátém stavu. Dalším nedostatkem je rozdílná kvalita spoje co do pevnosti. Dochází také k výronům pájky nebo i nataveného kovu z tělesa kontaktu, v místech spoje a často i na pracovní ploše kontaktu. Další nevýhodou těchto způsobů je náročná údržba a seřizování elektrod a vysoká energetická náročnost.Hitherto known methods of attaching these contacts to the holder are: brazing by flame, resistance flame, resistance or induction heating, resistance welding or mechanical fastening by rolling or crimping into a metal tray. The choice of attachment method depends on the type and shape of the brackets and the possibility of their thermal loading during attachment technology. Flame or induction brazing can be used for holders that are relatively massive and can be heated to the braze melting point, which is almost 800 ° C, over a longer period of time. Resistance soldering and welding heats beams for a shorter time, but it has a number of other drawbacks. Difficult orientation of the contact on the beam, considerable fluctuation of the working temperature due to changes in conductivity and electrode pressure, which is limited by the strength of the contact in the heated state. Another drawback is the different quality of the joint in terms of strength. There are also blows of solder or even molten metal from the contact body, at the joints and often on the contact surface. Another disadvantage of these methods is the demanding maintenance and adjustment of the electrodes and the high energy consumption.

Tyto způsoby tedy nejsou vhodné pro hromadnou výrobu. Protože se stříbrouhlíkové kontakty připevňují převážně na pružné nosníky, například pro relé, je používán způsob zalisování tělesa kontaktu do vhodných kalíšků, které se na pružinu přinýtují. Tento způsob je poměrně jednoduchý, vhodný i pro hromadnou výrobu, ale má řadu jiných nedostatků.. Jedním z nich je velká spotřeba drahého kontaktního materiálu. Protože styk v místech spoje kalíšku s kontaktem, je prakticky bodový, jsou dalším nedostatkem vyšší přechodové odpory, které vzrůstají vlivem oxidace styčných ploch a postupným uvolňováním kontaktu v misce.Thus, these methods are not suitable for mass production. Since the silver-carbon contacts are mainly attached to flexible beams, for example for relays, a method of pressing the contact body into suitable cups which are riveted to the spring is used. This method is relatively simple, suitable for mass production, but has a number of other drawbacks. One is the large consumption of expensive contact material. Since the contact at the junction of the cup with the contact is practically pointed, another disadvantage is the higher transition resistances, which increase due to the oxidation of the contact surfaces and the gradual release of contact in the cup.

□ důležitých zařízení, například u zabezpečovacího systému ČSD, se musí tyto nedostatky eliminovat Častěji revizí a opravou spínacích prvků nebo jejich vyřazením po určité době provozu. Protože jde o kontakty s vysokým obsahem stříbra, nezaručují popsané způsoby připevňování jeho ekonomické využití při hromadné výrobě.□ important equipment, for example in the ČSD security system, these deficiencies must be eliminated more often by revision and repair of switching elements or their decommissioning after a certain period of operation. Since these are high silver contacts, the described fastening methods do not guarantee its economical use in mass production.

Výše uvedené nedostatky odstraní navržený způsob tvrdého pájení stříbrografitových kontaktů v elektrické vakuové peci, vyznačující se tím, že do vícedílných grafitových forem se naloží díly v pořadí stříbrografitový kontakt pájitelnou vrstvou nahoru, pájení fólie z tvrdé pájky vhodné pro vakuové pájení s taviči teplotou nižší než 785 °C, držák kontaktu galvanicky poniklovaný, po uzavření recipientu a snížení tlaku na 10 Pa se pec vyhřeje na 96 % taviči teploty pájky a udržuje se na této hodnotě v toleranci +0,5 %, 45 až 60 minut, potom se teplota zvýší a po dosažení 100 % taviči teploty pájky se udržuje v toleranci +0,5 š po dobu deseti až patnácti minut a tlak v recipientu se behěin celého procesu pájení, až do vychladnutí vsázky na 150 °C, udržuje v hodnotách 5 až 10 Pa.The above-mentioned shortcomings will eliminate the proposed method of brazing silver-graphite contacts in an electric vacuum furnace, characterized in that the multi-part graphite molds are loaded with parts in the silver-graphite contact with a solderable layer upwards. ° C, the contact holder is galvanically nickel-plated, after the receiver has been closed and the pressure is reduced to 10 Pa, the furnace is heated to 96% of the soldering melting temperature and kept at this value within +0.5%, for 45 to 60 minutes, after reaching 100% of the solder melting temperature, it is kept within +0.5 s for ten to fifteen minutes and the pressure in the recipient is maintained at 5-10 Pa during the entire brazing process until the batch has cooled to 150 ° C.

Navržený způsob tvrdého pájení zajištuje dokonalé spojení kontaktu s držákem a umožňuje jednoduché připevnění na jakýkoliv nosník, hlavně na nosníky z pružného tenkého materiálu. Přechodové odpory kontaktů pájených navrženou technologií jsou řádově až desetkrát nižší, než povoluje příslušná norma pro kontakty připevněné zalisováním do misky. Tím stoupne podstatně spolehlivost a životnost zařízení.The proposed method of brazing ensures a perfect connection of contact with the holder and allows easy attachment to any beam, especially to beams of flexible thin material. The contact resistances of the contacts soldered by the proposed technology are up to ten times lower than the applicable standard for contacts fixed by pressing into the cup. This significantly increases the reliability and service life of the device.

Tato technologie se používá na připevňování stříbrografitových kontaktů na zapínací pružiny relé pro zabezpečovací zařízení. Zvýšením spolehlivosti se prodlouží intervaly revize a oprav í životnost celého zařízení. Dojde tedy ke snížení nákladů pořizovacích i udržovacích. Tento pracovní postup je vhodný hlavně pro hromadnou výrobu, protože podle obsahu pájecí pece a velikosti kontaktů umožňuje pájet najednou až desetitisícové dávky. Energetická spotřeba oproti odporovému pájení nebo přivařování je podstatně nižší, asi 0,3 W na mm² pájené plochy.This technology is used to attach the silver-graphite contacts to the closing springs of the relay for security devices. Increasing reliability will extend the inspection intervals and repair the life of the entire device. This will reduce both acquisition and maintenance costs. This process is particularly suitable for mass production, as it allows soldering up to 10,000 batches at a time, depending on the content of the brazing furnace and the size of the contacts. The energy consumption compared to resistance soldering or welding is substantially lower, about 0.3 W per mm ^{2 of} soldered area.

Tvar a velikost kontaktu lze volit jen podle funkční potřeby, takže spotřeba kontaktního materiálu je minimální. Dochází tedy k úspoře stříbra oproti původnímu mechanickému uchycení asi o 50 %.The shape and size of the contact can only be selected according to the functional requirement, so the consumption of the contact material is minimal. There is therefore a saving of silver compared to the original mechanical attachment of about 50%.

Při dodržení technologie je prakticky vyloučena zmetkovitost. Spoj je pevnější než základní materiál kontaktu a vzhled spoje je dokonalý. Na držáky kontaktů je vhodné použít me& pro její technologické a elektrické vlastnosti, i když její použití omezuje pájecí teplotu na max. 785 °C a držáky musí být galvanicky poniklovány. Při vyšší teplotě dochází totiž k difúzi stříbra z pájky nebo z kontaktu do měděného držáku. Vzniká tak pseudoslitina, která má podstatně nižší tavící teplotu než čistá med a v průběhu pájení nad tuto teplotu by došlo k natavení držáků. U neponiklované mědi je možnost tvrdého pájení ve vakuu vyloučena. Protože pájení probíhá ve vakuu, nelze použít běžných tvrdých pájek pro obsah kovů s vysokou tenzí par (např. Zn, Cd).If the technology is adhered to, scrap is practically impossible. The joint is stronger than the base material of the contact and the appearance of the joint is perfect. The contact holders should be used for their technological and electrical properties, although its use limits the soldering temperature to a maximum of 785 ° C and the holders must be nickel-plated. In fact, at a higher temperature, silver is diffused from the solder or from contact to the copper holder. This results in a pseudo-alloy having a substantially lower melting temperature than pure honey and melting the holders during soldering above this temperature. Vacuum brazing is unavoidable for unplated copper. Since brazing is carried out under vacuum, conventional brazing cannot be used for high vapor pressure metals (eg Zn, Cd).

Z tohoto vyplývá úzké rozmezí pájecí teploty, dané jedinou vhodnou u nás vyráběnou pájkou vhodnou pro vakuové pájení s taviči teplotou nižší než 785 °C.This results in a narrow soldering temperature range given by the only solder suitable for vacuum soldering with a melting temperature below 785 ° C.

Způsob tvrdého pájení stříbrografitových kontaktů, vyrobených práškovou metalurgií, v elektrické vakuové peci, se provádí tímto způsobem: Kontakty ze směsi AgC, opatřené podvrstvou čistého stříbra, se vloží do grafitové formy, která je obyčejně složená ze dvou desek. Horní s tvarovými vybráními, které zajištují vzájemnou polohu kontaktu - pájecí fólie - držáku. Spodní desky slouží jako podložka, ve které jsou zhotoveny odplyňovací kanálky tak, aby všechny zakládací otvory horních desek byly propojeny s volným prostorem pájecí pece. Vložené kontakty se pokryjí pájecími fóliemi a na ně se nakladou držáky obyčejně ve tvaru trubkového nýtu. Po založení vsázky a uzavření recipientu se začne snižovat v pájecím prostoru a při tlaku asi 10 Pa se zapne vytápěcí systém pece.The method of brazing the silver-graphite contacts produced by powder metallurgy in an electric vacuum furnace is carried out as follows: The contacts of the AgC mixture, provided with a pure silver sublayer, are placed in a graphite form, which is usually composed of two plates. Upper with shaped recesses, which ensure mutual position of contact - solder foil - holder. The bottom plates serve as a washer in which the degassing channels are made so that all of the top holes of the top plates are connected to the free space of the brazing furnace. The inserted contacts are covered with solder foils and the holders usually in the form of a tubular rivet are placed on them. After charging and closing the recipient, it begins to decrease in the brazing chamber and the furnace heating system is switched on at a pressure of about 10 Pa.

Po dosažení předehřívací teploty, která je 96 % teploty tavení pájky, se udržuje tato teplota v toleranci +0,5 % po dobu 45 až 60 minut. Doba prohřátí je závislá na hmotnosti a rozmístění vsázky. Po uplynutí prodlevy se zvýší teplota na 100 % teploty tavení pájky a v toleranci +0,5 % se udržuje po dobu 10 až 15 minut. Během celého procesu pájení až do ochlazení vsázky na 100 až 150 °C, se udržuje tlak v recipientu na 5 až 10 Pa.Once the pre-heating temperature, which is 96% of the melting point of the solder, has been reached, this temperature is maintained within +0.5% for 45 to 60 minutes. The heating time depends on the weight and the location of the charge. After the dwell time has elapsed, the temperature is raised to 100% of the melting point of the solder and maintained within +0.5% for 10-15 minutes. During the entire brazing process until the batch is cooled to 100 to 150 ° C, the pressure in the recipient is maintained at 5 to 10 Pa.

Navrženého způsobu pájení lze použít i pro spékané kontakty z jiných směsí, pokud neobsahují kovy s vysokou tenzí par, i pro celokovové kontakty. Technologie je poměrně jednoduchá, energeticky nenáročná a velice příznivá, hlavně pro hromadnou výrobu. Lze pájet kontakty bez ohledu na tvar a velikost. Celý proces pájení lze řídit automaticky, bez velkých nároků na kvalifikaci obsluhy.The proposed soldering method can be used also for sintered contacts from other mixtures, if they do not contain metals with high vapor pressure, also for all-metal contacts. The technology is relatively simple, energy efficient and very favorable, especially for mass production. Contacts can be soldered regardless of shape and size. The entire brazing process can be controlled automatically, without the need for operator qualification.

Claims

A method of brazing silver-graphite contacts in an electric vacuum furnace, characterized in that the multi-part graphite molds are loaded with parts in the order of silver-graphite contact with a layer facing up, brazing foil suitable for vacuum brazing with a melting point lower than galvanically nickel-plated, after the receiver has been closed and the pressure is reduced to 10 Pa, the furnace is heated to 96% of the soldering melting temperature and kept at this value within ± 0.5% for 45 to 60 minutes, then the temperature rises and after reaching 100% The solder is maintained at a tolerance of +0.5% for ten to fifteen minutes and the pressure in the recipient is maintained at 5 to 10 Pa throughout the brazing process until the batch has cooled to 150 ° C.